Seismic Performance of Owner-Built RC Frame Structures in Nepal

文章编号：0258-2724(2019)02-0304-09 DOI: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170755

尼泊尔自建 RC 框架结构的抗震能力分析

潘　毅

1,2

，王忠凯

1,3

，曲　哲

4

，赵崇锦

1 （1. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031；2. 抗震工程技术四川省重点实验室，四川 成都 610031；3. 成 都基准方中建筑设计有限公司，四川 成都 610017；4. 中国地震局工程力学研究所，黑龙江 哈尔滨 150080） 摘　要：2015 年 8.1 级尼泊尔郭尔喀地震对尼泊尔北部民居造成了较大的破坏. 与采用砖木、砖石、土坯结构等结 构形式的传统民居相比，当地常见的含砌体填充墙的自建钢筋混凝土（RC）框架结构的震害相对较轻. 通过静力 弹塑性分析方法，从抗侧承载力、延性和抗震能力指数等方面，对比了这一结构体系和按照我国抗震规范设计的 约束砌体结构的抗震能力. 针对不同层数结构的分析结果表明，在结构整体布置、层数和用钢量大致相同的条件 下，与我国不同设防水平下的约束砌体结构相比，尼泊尔自建 RC 框架结构均表现出更好的延性性能，但其综合 抗震能力随着楼层数的增加而显著降低. 对 3、4 层的结构，其抗震能力甚至高于按我国 8 度设防的要求设计建造 的约束砌体结构，但对 5、6 层的结构，其抗震能力则远远低于后者. 关键词：尼泊尔地震；自建民居；RC 框架；约束砌体；圈梁；构造柱 中图分类号：TU365；TU375.4 文献标志码：A

Seismic Performance of Owner-Built RC Frame Structures in Nepal

PAN Yi

1,2

, WANG Zhongkai

1,3

, QU Zhe

4

, ZHAO Chongjin

1

(1. School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China; 2. Key Laboratory of Seismic Engin-eering of Sichuan Province， Chengdu 610031， China; 3. Chengdu JZFZ Architectural Design Co. Ltd.， Chengdu 610017， China; 4. Institute of Engineering Mechanics，CEA，Harbin 150080，China)

Abstract: The 2015 Ms8.1 Gorkha earthquake in Nepal caused severe damage to local dwellings in Northern Nepal. Compared with brick-wood buildings，stone masonry，or adobe structures，owner-built reinforced concrete （RC） frame structures with masonry infills，which are commonly seen in both urban and rural areas in Nepal， sustained less severe damage. The seismic capacity of typical RC frame structures with masonry infills，which are representative of the local practice in Nepal，was compared with that of confined masonry structures conforming to the Chinese seismic design practice. The comparison was made in terms of lateral strength， ductility， and a previously proposed seismic capacity index through nonlinear static analysis. The analysis results on buildings with different numbers of stories show that the owner-built RC frames with masonry infills in Nepal exhibit higher ductility when the structural layout and amount of reinforcement are similar. However， their seismic capacity decreases significantly as the number of stories increases. For three and four-story buildings，owner-built RC frames exhibit higher seismic capacity compared with confined masonry structures in Intensity 8 regions in China，but exhibit much lower seismic capacity than the latter when the building is five stories or more.

Key words: Nepal earthquake; owner-built residence; reinforced concrete frame; confined masonry; ring beam; structural concrete column

收稿日期：2017-11-04 修回日期：2018-05-03 网络首发日期：2018-10-08

基金项目：中国地震局工程力学研究所基本科研业务专项重点资助项目（2016A05）；四川省科技支撑计划资助项目（2014SZ0110） 作者简介：潘毅（1977—），男，副教授，博士，研究方向为结构抗震鉴定与加固，E-mail：[email protected]

通信作者：曲哲（1983—），男，研究员，博士，研究方向为建筑结构减隔震，E-mail：[email protected]

引文格式：潘毅，王忠凯，曲哲，等. 尼泊尔自建 RC 框架结构的抗震能力分析[J]. 西南交通大学学报，2019，54(2)： 304-312．

PAN Yi， WANG Zhongkai， QU Zhe， et al. Seismic performance of owner-built RC frame structures in Nepal[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2019， 54(2)： 304-312．

1976

年唐山地震后，我国学者提出在砌体承重

墙中设置现浇钢筋混凝土构造柱和圈梁以提高砌体

结构抗震性能

[1]

. 受构造柱和圈梁约束的砌体墙在开

裂后仍能承担竖向荷载和一定的地震作用而不至倒

塌，从而显著增大了砌体结构的延性和整体性. 经过

近 40 a 的发展，约束砌体结构得到广泛应用，已成

为我国村镇民居的主要结构形式之一，并经受了多

次地震的考验. 在 2008 年汶川地震中，映秀镇漩口

中学附近一栋 4 层砌体结构住宅由于构造柱和圈梁

设置合理，砌体严重开裂却坏而不倒

[2]

. 相比之下，

附近很多未设构造柱、圈梁或者未对预制楼板进行

有效拉结的砌体结构却破坏严重. 在 2013 年芦山地

震中，天台山镇主街一栋 3 层约束砌体民居仅有少

数纵墙开裂，与之相邻的未设构造柱的砌体结构的

纵墙则严重破坏

[3]

. 尽管如此，砌体结构在强烈地震

中的破坏仍比较普遍，是造成人员伤亡和经济损失

的主要原因. 据统计，在汶川地震灾区，42% 的砌体

结构须停止使用或立刻拆除，37% 的砌体结构需要

进行加固，仅有 21% 的砌体结构无需加固即可使用

[4]

.

在芦山地震中，芦阳镇 31% 的约束砌体结构出现严

重破坏，27% 的约束砌体结构遭受中等破坏，仅有

16%

的约束砌体结构保持基本完好

[5]

.

2015

年尼泊尔廓尔喀（Gorkha）发生 Ms8.1 级

地震，之后发生多次强余震，共造成了 8 902 人死

亡，250 人失踪，23 000 多人受伤，近 30 万人受灾

[6]

.

尼泊尔民居的主要结构形式包括砖木结构、砖石结

构、土坯结构、钢筋混凝土（RC）框架结构和砌体结

构

[7]

. 自 20 世纪 80 年代以来，RC 框架结构在尼泊

尔得到了大力推广. 在加德满都约 39% 的民居采用

RC

框架结构，但这其中近 77% 由居民自建

[8]

，未按

照尼泊尔相关建筑设计规范进行设计. 这种自建

RC

框架结构多为 3～6 层，层高多为 3 m、柱距为

3～4 m

不等

[9]

，典型的尼泊尔自建 RC 框架结构的

截面尺寸和配筋情况如

图 1

所示.

为了掌握其抗震性能，国内外学者对这种自建

RC

框架结构开展了一些研究. 文献[

8

-

11

]以梁、柱截

面和结构平面布置为参数，分析了尼泊尔自建 RC 框架

结构抗震性能的影响因素. 文献[

12

]对加德满都—

樟木口岸公路沿线的自建 RC 框架结构和砌体结构

进行了震害调查，发现自建 RC 框架结构基本完好

的比例约是砌体结构的 3 倍，中等破坏、严重破坏和

毁坏的比例约是砌体结构的一半.

尼泊尔自建 RC 框架结构和我国砌体结构均广

泛应用于各自国家农村地区的中低层房屋，在适用

建筑的空间布置、建筑材料和施工复杂程度等方面

具有相似性. 然而，二者在施工顺序和受力机理等

方面的不同可能造成二者的抗震性能存在一定的

差异

[13]

.

本文通过数值分析，定量地分析尼泊尔自建 RC

框架结构的抗震能力及其与我国具有相似结构布置

的约束砌体结构的差异，以深入理解尼泊尔自建 RC

框架结构的性能，以期对我国约束砌体结构的改进

提供参考.

115 mm 厚楼板 230 mm 厚外墙 115 mm 厚隔墙 230 mm × 325 mm 混凝土梁 6 根圆 12 的纵筋 230 mm × 230 mm 混凝土柱 6 根圆 12 的纵筋 3 000 3 000 3 000 3 000 3 000 3 000 3 000 3 000 图 1 典型尼泊尔自建 RC 框架结构的布置 Fig. 1 Typical arrangement of owner-built RC frame

structures in Nepal

1 尼泊尔自建 RC 框架与我国约束砌体的

异同

尼泊尔自建 RC 框架结构的截面尺寸通常不符

合文献[

14

]中规定的“柱截面最小尺寸为 300 mm ×

300 mm

或大于梁宽至少 75 mm”的最低标准. 而我

国 GB50003—2011《砌体结构设计规范》

[15]

规定约

束砌体结构中墙肢两端和中部构造柱间距不大于 3 m

或层高，较大洞口两侧应设置构造柱，构造柱最小截

面尺寸不宜小于 240 mm×240 mm，边柱和角柱的截

面宜适当加大. 从外观上看，尼泊尔自建 RC 框架结

构与我国约束砌体结构类似，二者的截面尺寸基本

相同，容易将其误认为约束砌体结构. 但经实地调

查，发现二者存在以下差异：

（1） 施工顺序和受力机理

尼泊尔自建 RC 框架是先浇筑梁柱，后砌填充

墙，即框架梁、柱和楼板为主要承重构件，砌体墙为

自承重构件（

图 2

）. 当遭遇强震作用时，砌体墙为结

构提供一定的侧向刚度，作为结构的第 1 道抗震防

线. 我国约束砌体结构则是先砌墙，后浇筑圈梁和构

造柱，墙体为主要承重和抗侧构件. 圈梁和构造柱的

主要作用是提供约束，以加强砌体结构的整体性.

（2） 构造措施

根据尼泊尔当地的施工方法，自建 RC 框架结

构在浇筑框架柱时，未预留拉结钢筋（

图 2

）. 而我国

GB50003—2011《砌体结构设计规范》对约束砌体

结构的构造措施提出了明确的要求，如预留拉结钢

筋和马牙槎等（

图 3

）.

图 2 尼泊尔自建 RC 框架结构填充墙的砌筑 Fig. 2 Masonry infill of owner-built RC frame

structures in Nepal

图 3 我国约束砌体结构的马牙槎 Fig. 3 Shear keys of tie columns in confined masonry

structures in China

2 用于抗震能力分析的原型结构

2.1 尼泊尔自建 RC 框架结构

根据廓尔喀地震灾区实地调查，建立 3～6 层的

典型尼泊尔自建 RC 框架模型. 框架各层的层高均

为 3 m，柱间距为 3 m，各层梁柱配筋和结构布置相

同，见

图 4

. 根据文献[

11

-

12

]，楼面的恒载和活载取

值均为 2.0 kN/m

2

，屋面的恒载和活载取值分别为

3.0 kN/m

2

和 2.0 kN/m

2

. 根据文献[

16

]，混凝土立方

体抗压强度平均值约为 18～22 MPa，大致相当于我

国 GB50010 —2010《 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 》

[17]

中的 C20 混凝土. 根据文献[

18

]，钢筋的屈服强度

f

y

= 415 MPa. 墙体的砌块和砂浆的强度等级分别采

用我国 GB50003—2011《砌体结构设计规范》

[15]

中

的 MU10 和 M5. 框架梁和柱的截面及配筋见

图 5

，

混凝土的保护层厚度为 25 mm，每层的用钢量约为

18.5 kg/m

2

. 根据尼泊尔当地做法，外墙和内墙分别

采用厚 230 mm 和 115 mm 的黏土砖砌体墙，楼板采

用厚 115 mm 的现浇钢筋混凝土. 一层门洞口为 1.5 m

（宽） × 2.0 m（高），内墙门洞口为 1.2 m（宽） × 2.0 m

（高），窗洞口为 1.5 m（宽） × 1.5 m（高），窗台顶面

距楼板上表面 600 mm.

2.2 我国约束砌体结构

为与尼泊尔自建 RC 框架结构对比，采用与其

相同的结构平面布置（

图 6

），按照我国 GB50003—

2011《 砌 体 结 构 设 计 规 范 》 分 别 设 计 位 于 6、

7（0.1g）、7（0.15g）、8（0.2g）、8 度（0.3g）和 9 度区，

3～6

层的约束砌体结构，各层的层高均为 3 m. 设计

地震分组为第 2 组，场地类别为Ⅱ类. 参考汶川灾区

(a)梁、柱 (b)填充墙 3 000 3 000 3 000 x y 3 000 3 000 9 000 6 000 一层为门 其它为窗 3 000 3 000 3 000 3 000 3 000 3 000 9 000 1 500 1 500 1 500 750 750 750 750 750 750 900 900 1 200 6 000 x y O O 图 4 尼泊尔典型自建 RC 框架结构的平面布置

大量既有约束砌体结构的一般情况，圈梁与构造柱

截面纵筋采用 HRB335 钢筋，箍筋采用 HPB300 钢

筋. 为了与尼泊尔自建 RC 框架结构的强度基本相

同，圈梁、构造柱和楼板的混凝土均取 C25. 楼面和

屋面的荷载与尼泊尔自建 RC 框架结构取一致. 不

同烈度和不同层数的我国约束砌体结构设计参数见

表 1

. 当圈梁和构造柱采用

图 5（b）

、

（e）

所示的 I 型

截面时，结构每层用钢量约为 17 kg/m

2

，采用

图 5（c）

、

（f）

所示的Ⅱ型截面时约为 22 kg/m

2

，与尼泊尔自建

RC

框架结构的用钢量大致相同.

2.3 有限元模型

混凝土与砌体墙均采用有限元软件 ABAQUS

中混凝土损伤塑性本构模型（concrete damaged

plast-icity model）来模拟，受拉和受压损伤因子均为 0. 混

凝土的本构模型采用 GB50010—2010《混凝土结构

设计规范》

[17]

附录 C 中的受拉和受压本构模型.

为简化计算，砌块与砂浆组成的砌体墙采用整

体式模型，不考虑砌块与砂浆之间的相互作用，采用

砌体墙的本构模型，其受拉和受压本构模型分别采

用文献[

19

]和文献[

20

]中的模型. 钢筋采用理想的弹

A6@200 (b) I 型约束砌体圈梁 (c) II 型约束砌体圈梁 (d) 尼泊尔框架柱 (e) I 型约束砌体构造柱 (f) II 型约束砌体构造柱 (a) 尼泊尔框架梁 370 300 2B16 A8@200 2_B16 240 2_B12 2_B12 A6@200 180 230 325 3_B12 3_B12 A6@200 230 2 3 0 4B12 1B12 240 2 4 0 4B12 A6@200 370 3 7 0 4_B16 A8@200 图 5 梁、柱截面尺寸及配筋

Fig. 5 Sectional dimensions and reinforcement of beams and columns

(a)圈梁、构造柱 (b)墙体 3 000 3 000 3 000 3 000 3 000 9 000 6 000 x y O 首层为门 其它为窗 3 000 3 000 3 000 3 000 3 000 9 000 3 000 1 500 1 500 1 500 750 750 750 750 750 750 900 900 1 200 6 000 x y O 图 6 我国约束砌体结构的平面布置

塑性模型. 梁、柱、砌体墙和楼板等构件采用三维减

缩积分实体单元 C3D8R，网格尺寸不大于 300 mm.

在有限元模型中，尼泊尔自建 RC 框架结构考

虑填充墙与框架间的相对滑移，且填充墙与框架间

的接触面法向近似按硬接触处理，切向采用罚函数

法近似模拟摩擦力. 根据 GB50003—2011《砌体结

构设计规范》第 3.2.5 条第 3 款，干燥环境下砌体与

混凝土之间滑动摩擦系数取 0.7. 而我国约束砌体结

构则忽略墙体与圈梁、构造柱之间的相对滑移，墙体

与圈梁、构造柱间的接触面近似按绑定约束处理.

3

层结构的有限元模型见

图 7

（4～6 层模型未

列出）. 模型模态分析结果表明：尼泊尔自建 RC 框

架 结 构 3、 4、 5 层 及 6 层 的 1 阶 周 期 分 别 为 0.13、

0.18、0.23、0.29 s；我国约束砌体结构的 1 阶周期见

表 1

.

(b)我国约束砌体 (a)尼泊尔自建框架 图 7 3 层结构的有限元模型

Fig. 7 Finite element models for 3-story structures

3 抗震能力对比

3.1 静力推覆分析

静力推覆分析采用倒三角侧向力加载方式，即

假设各楼层的水平加速度沿高度方向呈线性分布，侧

向力施加于各楼层的质量中心

[21]

. 第 i 层的层剪力为

Fi= WihiVb n ∑ i=1 Wihi , （1）

式中：W

i

、h

i

、V

b

分别为第 i 层的楼层重量、楼层高度

和基底剪力；n 为总层数.

在静力推覆分析中，当结构的基底剪力下降至

最大基底剪力的 85% 时，定义结构达到其极限位移.

尼泊尔自建 RC 框架结构和我国约束砌体结构的静

力推覆分析结果见

图 8

. 由于结构 x 向和 y 向的规律

大致相同，限于篇幅，本文仅给出 x 向的计算结果.

3.2 抗侧承载力

根据

图 8

的静力推覆曲线，可得到各结构的抗

侧承载力见

图 9

.

由

图 9

中的抗侧承载力对比可以得到：

（1） 随着层数的增加，尼泊尔自建 RC 框架结

构的抗侧承载力从 832 kN 减小到 413 kN，降低了

49.6%. 这是由于尼泊尔当地的习惯做法：尽管层数

不同，但自建 RC 框架的梁、柱截面和配筋、填充墙

厚度基本不变. 随着结构高度的增加，其抗侧承载力

下降.

（2） 随着层数的增加，我国约束砌体结构的抗

侧承载力也呈现出逐渐减小的趋势. 但 8 度（0.2g）

区 6 层和 8 度（0.3g）区 4 层约束砌体结构例外，这是

由于根据 GB50003—2011《砌体结构设计规范》的

规定，增大了墙体厚度和圈梁、构造柱的截面.

（3） 在层数相同的条件下，尼泊尔自建 RC 框

架结构的抗侧承载力介于我国 6～7 度（0.15g）区和

8

度（0.3g）区之间，但比 6～7 度（0.15g）区约束砌体

结构高 18%～43%. 这是由于：① 在材料层面上，尼

泊尔自建 RC 框架结构梁、柱中纵向钢筋屈服强度

表 1 我国约束砌体结构设计参数

Tab. 1 Design parameters of confined masonry structures in China for analysis

层数/层 设防烈度/度 墙厚/mm 砌块、砂浆强度等级 圈梁、构造柱截面类型 1阶周期/s 3 6～8（0.2g） 240 MU10、M5 Ⅰ 0.14 8（0.3g） 240 首层 MU15、M7.5，其它 MU10、M5 Ⅰ 0.12 9 370 首层 MU20、M10，其它 MU15、M7.5 Ⅱ 0.09 4 6～8（0.2g） 240 MU10、M5 Ⅰ 0.19 8（0.3g） 370 1～2层 MU20、M10，其它 MU10、M5 Ⅱ 0.13 9 370 1～2层 MU30、M15，其它 MU15、M7.5 Ⅱ 0.11 5 6～7（0.15g） 240 MU10、M5 Ⅰ 0.24 8（0.2g） 240 1～2层 MU15、M7.5，其它 MU10、M5 Ⅰ 0.21 8（0.3g） 370 1～2层 MU30、M15，其它 MU10、M5 Ⅱ 0.16 6 6～7（0.15g） 240 MU10、M5 Ⅰ 0.30 8（0.2g） 370 1～3层 MU15、M7.5，其它 MU10、M5 Ⅱ 0.23

是我国约束砌体结构的 1.23 倍；② 在构件层面上，

尼泊尔自建 RC 框架结构框架柱的配筋率大约是我

国约束砌体结构中构造柱配筋率的 1.62 倍；尼泊尔

自建 RC 框架结构框架梁的配筋率与我国约束砌体

结构中圈梁的配筋率大致相等，但其框架梁的抗弯

承载力约是我国约束砌体结构中圈梁抗弯承载力

的 3.78 倍；③ 在结构体系层面上，尼泊尔自建 RC

框架梁的数量也多于我国约束砌体结构的圈梁数

量，对结构的整体性更为有利（

图 4（a）

和

图 6（a）

）.

3.3 延性系数

延性系数 μ 为结构的极限位移△

u

与屈服位移

△

q

之比，它是评估结构整体性和变形能力的重要参

数. 根据文献[

22

]，用最远点法来确定结构的△

q

，其

对应的荷载为 F

q

，即为结构的屈服荷载. 再根据文

献[

23

]，结构的极限荷载 F

u

对应的位移为结构的极

限位移，0.85F

u

对应的位移为结构的最大弹塑性位

移△

max

. 屈服位移和极限位移的确定方法见

图 10

.

在静力推覆曲线中，按照该方法确定的屈服位移、极

限位移和最大弹塑性位移见

图 8

.

各结构的延性系数见

图 11

. 由

图 11

中的延性

系数对比可以得到：

0.85 Fu F q F_u 最远点 q u max O 位移 荷载 △ △ △ 图 10 屈服位移和极限位移的确定方法 Fig. 10 Definition methods of yield and ultimate

displacement (a)第3层 (b)第4层 0 10 20 30 40 50 0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 尼泊尔 3 层自建框架 我国 6~8 度 (0.2g) 区 3 层砌体 我国 8 度 (0.3g) 区 3 层砌体 我国 9 度区 3 层砌体 基底剪力 /kN 顶点位移/mm 0 10 20 30 40 50 60 0 200 400 600 800 1 000 1 200 尼泊尔 4 层自建框架 我国 6~8 度 (0.2g) 区 4 层砌体 我国 8 度 区 (0.3g) 4 层砌体 我国 9 度区 4 层砌体 基底剪力 /kN 顶点位移/mm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 100 200 300 400 500 600 700 800 屈服位移点 极限位移点 最大弹塑性位移点 尼泊尔 5 层自建框架 我国 6、7 度 (0.15g) 区 5 层砌体 我国 8 度 (0.2g) 区 5 层砌体 我国 8 度 (0.3g) 区 5 层砌体 基底剪力 /kN 顶点位移/mm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 400 500 600 700 尼泊尔 6 层自建框架 我国 6、7 度 (0.15g) 区 6 层砌体 我国 8 度 (0.2g) 区 6 层砌体 基底剪力 /kN 顶点位移/mm (d)第6层 (c)第5层 图 8 基底剪力-顶点位移曲线

Fig. 8 Base shear force-vertex displacement curve

第 3 层 第 4 层 第 5 层 第 6 层 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 抗侧承载力 /k Ｎ 层数 尼泊尔自建 RC 框架 我国 6、7 度 (0.15g) 区砌体 我国 8 度 (0.2g) 区砌体 我国 8 度 (0.3g) 区砌体 我国 9 度区砌体 图 9 结构的抗侧承载力

第 3 层 第 4 层 第 5 层 第 6 层 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 μ 层数 尼泊尔自建框架 我国 6、7 度 (0.15g) 区砌体 我国 8 度 (0.2g) 区砌体 我国 8 度 (0.3g) 区砌体 我国 9 度区砌体 图 11 结构的延性系数 Fig. 11 Ductility factors of structure

（1） 随着层数的增加，尼泊尔自建 RC 框架和

我国约束砌体的延性系数都在下降. 其中，尼泊尔自

建 RC 框架结构的降幅约为 19%，我国约束砌体结

构除 9 度区外，其余的降幅也约为 20%. 这是由于随

着层数的增加，尼泊尔自建 RC 框架结构的截面尺

寸和配筋没有发生变化，而我国约束砌体结构的截

面尺寸、配筋和材料强度提高也不大，仅仅是满足

GB50003—2011《砌体结构设计规范》的最低要求.

（2） 在层数相等的条件下，尼泊尔自建 RC 框

架结构的延性系数高于我国约束砌体结构. 这是由

于二者构造措施不同，在建模方法上，尼泊尔自建 RC

框架结构的有限元模型考虑了填充墙与框架间的相

对滑移，而我国约束砌体结构的有限元模型中没有

考虑墙体与圈梁、构造柱之间的相对滑移，这也导致

尼泊尔自建 RC 框架结构表现出更好的变形能力.

3.4 抗震能力指数

为了进一步对比尼泊尔自建 RC 框架结构和我

国约束砌体结构的抗震性能，采用基于能力谱计算

抗震能力指数的方法

[24]

，将结构的基底剪力-顶点位

移曲线转化为能力谱，再通过面积相等的原则，将能

力谱简化为二折线，最后将二折线变为双线型滞回

模型，见

图 12

. 图中：S

Dq

和 S

Dd

分别为屈服和破坏时

的谱位移；S

aq

和 S

ad

分别为屈服和破坏时的谱加速度.

根据滞回曲线所包围的面积 A，按式（2）计算抗

震能力指数 S

SCI

（seismic capacity index，SCI）. S

SCI

越

大，表明结构抗震能力就越好.

SSCI= e− 1 A. （2）

各结构抗震能力指数见

图 13

.

由

图 13

中的 S

SCI

对比可以得出：

（1） 随着层数的增加，除 8 度（0.2g）区 6 层砌

体结构外，尼泊尔自建 RC 框架结构和我国约束砌

体结构的抗震能力指数均逐渐减小. 8 度（0.2g）区

6

层砌体结构的抗震能力指数不降反升的原因主要是：

按照我国 GB50003—2011《砌体结构设计规范》，

8

度（0.2g）区 6 层结构的圈梁和构造柱截面尺寸及

墙体厚度较 5 层结构有明显的增大 （

表 1

）.

（2） 在层数相同的条件下，3、4 层尼泊尔自建

RC

框架结构的抗震能力大致相当于我国 8 度（0.3g）

设防的约束砌体结构，5、6 层的尼泊尔自建 RC 框架

结构的抗震能力接近我国 7 度（0.15g）设防的约束

砌体结构.

需要说明的是，上述计算中没有考虑尼泊尔自

建 RC 框架结构的施工缺陷问题. 实际情况是，混凝

土浇筑质量较差，尤其是在梁、柱节点区域等关键部

位存在施工缺陷，见

图 14

. 这些施工缺陷的问题未

谱加速度 Sa 谱位移 SD (S_Dd, Sad) (S_Dq, Saq) (-S_Dd, -Sad) 面积 A O 图 12 滞回模型 Fig. 12 Hysteretic model

第 3 层 第 4 层 第 5 层 第 6 层 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 SSCI 层数 尼泊尔自建框架 我国 6、7 度 (0.15g) 区砌体 我国 8 度 (0.2g) 区砌体 我国 8 度 (0.3g) 区砌体 我国 9 度区砌体 图 13 结构的抗震能力指数 Fig. 13 Seismic capacity indices of structure

梁底

柱顶 杂物填充

图 14 尼泊尔自建 RC 框架结构的施工缺陷 Fig. 14 Construction deficiency of owner-built RC

能在结构计算中充分反映，因此尼泊尔自建 RC 框

架结构实际抗震能力应比计算结果差.

4 结　论

采用与尼泊尔自建 RC 框架结构相同的结构布

置，按照我国 GB50003—2011《砌体结构设计规

范》设计约束砌体结构，对尼泊尔自建 RC 框架结

构和我国约束砌体结构进行了静力推覆分析，比较

了两种结构的抗侧承载力、延性系数和抗震能力指

数，得到如下结论：

（1） 在用钢量和层数相同的条件下，尼泊尔自

建框架结构的抗侧承载力介于我国 6～7 度（0.15g）

区和 8 度（0.3g）区之间，但比 6～7 度（0.15g）区的

约束砌体结构高 18%～43%. 同时，尼泊尔自建 RC

框架结构的延性系数大于我国相同层数的约束砌体

结构.

（2） 在层数相同的条件下，3、4 层和 5、6 层的

尼泊尔自建 RC 框架结构的抗震能力分别接近我国

8

度（0.3g）区和 7 度（0.15g）区的约束砌体结构.

（3） 尼泊尔大部分地方交通闭塞、经济相对落

后，但 RC 框架结构虽不规范，但仍较为普遍. 与之

相比，我国村镇的交通条件和经济水平都优于尼泊

尔. 因此，建议我国村镇建筑采用 RC 框架结构，以

提高我国村镇建筑的抗震能力，减小震害损失.

致谢：特里布汶大学工学院（Tribhuvan University）、

国际山地综合开发中心 ICIMOD（International Center

for Integrated Mountain）、陆地交通地质灾害防治技

术国家工程实验室、西南交通大学建筑与设计学院

对本项目的支持和帮助.

参考文献：

周 炳 章 . 砌 体 结 构 抗 震 的 新 发 展 [J]. 建 筑 结 构 ， 2002，32(5)： 69-72.

ZHOU Bingzhang. Recent seismic development of masonry structure[J]. Building Structure， 2002， 32(5)： 69-72.

[ 1 ]

王亚勇. 汶川地震建筑震害启示-抗震概念设计[J]. 建筑结构学报，2008，29(4)： 20-25.

WANG Yayong. Lessons learnt from building damages in the Wenchuan earthquake-seismic concept design of buildings[J]. Journal of Building Structures， 2008， 29(4)： 20-25.

[ 2 ]

曲哲，钟江荣，孙景江. 芦山 7.0 级地震砌体结构的震 害特征[J]. 地震工程与工程振动，2013，33(3)： 27-35. [ 3 ]

QU Zhe， ZHONG Jiangrong， SUN Jingjiang. Seismic damage to masonry structures in Ms7.0 Lushan earthquake[J]. Engineering and Engineering Dynamics， 2013， 33(3)： 27-35.

清华大学土木工程结构专家组，西南交通大学土木工 程结构专家组，北京交通大学土木工程结构专家组. 汶川地震建筑震害分析[J]. 建筑结构学报，2008， 29(4)： 1-9.

Civil and Structural Groups of Tsinghua University， Xinan Jiaotong University， Beijing Jiaotong University. Analysis on seismic damage of buildings in the Wenchuan earthquake[J]. Journal of Building Structures， 2008， 29(4)： 1-9.

[ 4 ]

闫培雷，孙柏涛，王明振. 芦山 7.0 级地震芦阳镇的建 筑物震害[J]. 土木工程学报，2014，47(11)： 39-44. YAN Peilei， SUN Baitao， WANG Mingzhen. Seismic damage of building structures in Luyang Town during Lushan earthquake with a magnitude of 7.0[J]. China Civil Engineering Journal， 2014， 47(11)： 39-44. [ 5 ]

ARMAND V D R， JAMES D. Deadly Nepal Gorkha/ Kodari earthquakes -8， 902 people dead +250 missing & list of names[EB/OL]. （2015-5-31）[2015-5-26] . http:// earthquake-report.com/2015/04/25/massive-earthquake-nepal-on-april-25-2015/. [ 6 ] 潘毅，王晓玥，许浒，等. 脉冲型地震动作用下尼泊尔 砖木遗产建筑易损性分析[J]. 西南交通大学学报， 2017，52(6)： 1156-1163.

PAN Yi， WANG Xiaoyue， XU Hu， et al. Seismic fragility analysis of Nepalese brick-timber heritage structures under near-fault pulse-like ground motions[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2017， 52(6)： 1156-1163.

[ 7 ]

CHAULAGAIN H， RODRIGUES H， SILVA V， et al. Earthquake loss estimation for the Kathmandu Valley[J]. Bulletin of Earthquake Engineering， 2016， 14(1)： 59-88.

[ 8 ]

CHAULAGAIN H， RODRIGUES H， JARA J， et al. Seismic response of current RC buildings in Nepal： a comparative analysis of different design/construction[J]. Engineering Structures， 2013， 49(4)： 284-294. [ 9 ]

CHAULAGAIN H， RODRIGUES H， SPACONE E， et al. Response reduction factor of irregular RC build-ings in Kathmandu valley[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration， 2014， 13(3)： 455-470. [10]

CHAULAGAIN H， RODRIGUES H， SPACONE E， et al. Design procedures of reinforced concrete framed buildings in Nepal and its impact on seismic safety[J]. Advances in Structural Engineering， 2014， 17(10)： 1419-1442.

潘毅，王忠凯，时胜杰，等. 尼泊尔 8.1 级地震加德满 都-樟木沿线民居震害调查与分析[J]. 湖南大学学报 （自然科学版），2017，44(3)： 35-44.

PAN Yi， WANG Zhongkai， SHI Shengjie， et al. Inves-tigation and analysis on seismic damage of residential buildings along the highway from Kathmandu to Zhangmu in Ms8.1 Gorkha earthquake[J]. Journal of Hunan University (Natural Sciences)， 2017， 44(3)： 35-44.

[12]

曲哲，杨永强. 尼泊尔自建民居在 2015 年地震序列 中的震害[J]. 地震工程与工程振动，2015，35(4)： 51-59.

QU Zhe， YANG yongqiang. Seismic damages to owner-built dwellings in the 2015 earthquake sequence in Nepal[J]. Engineering and Engineering Dynamics， 2015， 35(4)： 51-59.

[13]

Ministry of Urban Development. Nepal national buil-ding code： NBC-205： 2012[S]. Kathmandu： Depart-ment of Urban DevelopDepart-ment and Building Construc-tion， 2012. [14] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 砌体结构设计 规范：GB 50003—2011[S]. 北京：中国建筑工业出版 社，2011. [15] 张昊宇，王涛，林旭川，等. 尼泊尔 8.1 级地震钢筋混 凝土框架典型震害及讨论[J]. 工程力学，2016，33(9)： 59-68.

ZHANG Haoyu， WANG Tao， LIN Xuchuan， et al. Seismic damage of RC frame in Nepal Ms8.1 earthquake[J]. Engineering Mechanics， 2016， 33(9)： 59-68.

[16]

中国人民共和国建设部. 混凝土结构设计规范：GB 50010—2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010. [17]

CHAULAGAIN H， RODRIGUES H， SPACONE E， et al. Seismic response of current RC buildings in Kathmandu Valley[J]. Structural Engineering and Mechanics， 2015， 53(4)： 791-818. [18] 郑妮娜，李英民，潘毅. 芯柱式构造柱约束的低层砌 [19] 体结构抗震性能[J]. 西南交通大学学报，2011，46(1)： 24-29.

ZHENG Nina， LI Yingmin， PAN Yi. Seismic behavior of low masonry structure with core-tie-columns[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2011， 46(1)： 24-29.

杨 卫 忠 . 砌 体 受 压 本 构 关 系 模 型 [J]. 建 筑 结 构 ， 2008，38(10)： 80-82.

YANG Weizhong. Constitutive relationship model for masonry materials in compression[J]. Building Struc-ture， 2008， 38(10)： 80-82.

[20]

FEMA274. NEHRP Commentary on the guidelines for the rehabilitation of building[R]. Washington D. C.： Federal Emergency Management Agency， 1996. [21]

冯鹏，强翰林，叶列平. 材料、构件、结构的“屈服点” 定义与讨论[J]. 工程力学，2017，34(3)： 36-46. FENG Peng， QIANG Hanlin， YE Lieping. Discussion and definition on yield points of materials， members and structures[J]. Engineering Mechanics， 2017， 34(3)： 36-46.

[22]

李英民，郑妮娜，夏洪流，等. 芯柱式构造柱约束墙体 抗震变形能力试验研究[J]. 土木建筑与环境工程， 2010，32(4)： 1-6.

LI Yingmin， ZHENG Nina， XIA Hongliu， et al. Pseudo-static test study on seismic deformation behavior of masonry wall constrained by core-tie-columns[J]. Journal of Civil Architectural & Environ-mental Engineering， 2010， 32(4)： 1-6.

[23]

林世镔，谢礼立. 基于能力谱的建筑物抗震能力研 究——以汶川地震两栋钢筋混凝土框架结构抗震能 力分析为例[J]. 土木工程学报，2012，45(5)： 31-40. LIN Shibin， XIE Lili. A study of seismic capacity of building based on capacity spectrum —Case studies on seismic capacity analysis of two RC frame structures in the Wenchuan earthquake[J]. China Civil Engineering Journal， 2012， 45(5)： 31-40.

[24]